JPS61100683A - High speed neutron detector - Google Patents

High speed neutron detector

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JPS61100683A
JPS61100683A JP22211184A JP22211184A JPS61100683A JP S61100683 A JPS61100683 A JP S61100683A JP 22211184 A JP22211184 A JP 22211184A JP 22211184 A JP22211184 A JP 22211184A JP S61100683 A JPS61100683 A JP S61100683A
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JP
Japan
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neutron
plastic scintillator
energy
circuit
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP22211184A
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Japanese (ja)
Inventor
Kimio Yamada
山田 喜美雄
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable the real time measurement of neutron energy, by measuring neutron energy by the number of layers of a plastic scintillator through which a recoil proton passes. CONSTITUTION:A neutron detection part is constituted by alternately laminating plastic scintillator each having a thickness of about 0.5mm and reflective films each with a thickness of about 0.1mum comprising a metal or dielectric material multi-layered film. One detection element is constituted of one plastic scintillator 1 and the reflective films 2 provided to both sides thereof. Neutron incident in parallel to the laminated direction expeles the hydrogen atom nucleus constituting the plastic scintillator 1 to generate a recoil proton. By measuring the number of layers of the plastic scintillator 1 through which the recoil proton was passed, only the neutron flux of 14 MeV in the neutron generated in a nuclear fusion reactor can be measured in a real time.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、核融合炉の出力制御°に使用する14MeV
の高速中性子検出器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a 14 MeV system used for power control of a nuclear fusion reactor.
This relates to fast neutron detectors.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、実験室などでは、高速中性子を検出するのにプラ
スチックシンチレータを使用している。
Conventionally, in laboratories, plastic scintillators have been used to detect fast neutrons.

エネルギーE、の中性子によって発生する反跳陽子のエ
ネルギーは、0=Eaの間に等確率で分布するため、従
来法では、中性子エネルギーを測定結果から数値計算に
よって求めている。従って、中性子エネルギーを実時間
で測定することは難しく、核融合炉の出力制御には、使
用できない。プラスチックシンチレータを用いた中性子
エネルギー測定については1日刊工業新聞社刊、放射線
計測ハンドブック(1982年)の15.3.2節に述
べられている。
Since the energy of recoil protons generated by a neutron with energy E is distributed with equal probability between 0 and Ea, in the conventional method, the neutron energy is determined by numerical calculation from the measurement results. Therefore, it is difficult to measure neutron energy in real time, and it cannot be used to control the output of a fusion reactor. Neutron energy measurement using a plastic scintillator is described in Section 15.3.2 of Radiation Measurement Handbook (1982), published by Nikkan Kogyo Shimbun.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、核
融合炉の炉出力制御に使用可能な高速中性子検出器を提
供しようとするものである。
An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above and to provide a fast neutron detector that can be used to control the reactor power of a nuclear fusion reactor.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、反跳陽子の検出部をプラスチックシンチレー
タと反射膜の積層構造とし、反跳陽子が通過したプラス
チックシンチレータの層数でエネルギーを弁別すること
により中性子エネルギーの実時間測定を可能にするもの
である。
The present invention has a recoil proton detection section with a laminated structure of a plastic scintillator and a reflective film, and enables real-time measurement of neutron energy by discriminating energy based on the number of layers of the plastic scintillator through which the recoil protons have passed. It is.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明を実施例によって詳細に説明する。第1図は、本
発明になる一実施例を示す全体構成図である。図中、1
はプラスチックシンチレータ、2は反射膜、3はマイク
ロチャンネルプレート、4はアノード、5は絶縁基盤、
6はアンプ、7は比較器、8はラッチ回路、9は制御器
、10はマルチプレクサ、11はジトリガラプル1シヨ
ツト、12はパルス幅測定回路、13はOR回路である
The present invention will be explained in detail by way of examples. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1
is a plastic scintillator, 2 is a reflective film, 3 is a microchannel plate, 4 is an anode, 5 is an insulating substrate,
6 is an amplifier, 7 is a comparator, 8 is a latch circuit, 9 is a controller, 10 is a multiplexer, 11 is a digital trigger pull 1 shot, 12 is a pulse width measuring circuit, and 13 is an OR circuit.

中性子の検出部は、厚さ0.5mmのプラスチックシン
チレータ1と金属又は誘電体多層膜から成る厚さ0.1
μmの反射膜2を交互に積層したものである。1つのプ
ラスチックシンチレータ1と両側の反射膜2で1つの検
出素子を構成する。積層方向に平行に入射した14Me
Vの中性子は、プラスチックシンチレータ1を構成する
水素原子核をはじき出し、反跳陽子を発生する。反跳陽
子のエネルギーERは、散乱角θと次の関係がある。
The neutron detection part consists of a plastic scintillator 1 with a thickness of 0.5 mm and a metal or dielectric multilayer film with a thickness of 0.1 mm.
Reflective films 2 of .mu.m are laminated alternately. One detection element is composed of one plastic scintillator 1 and reflective films 2 on both sides. 14Me incident parallel to the stacking direction
The neutrons of V repel the hydrogen nuclei constituting the plastic scintillator 1 and generate recoil protons. The energy ER of recoil protons has the following relationship with the scattering angle θ.

B a 1IllE  c o s” #      
 −”=’(1)反跳陽子の最大エネルギーは、中性子
エネルギーE、に等しく、14MeVの反跳陽子のプラ
スチックシンチレータ1中の飛程は3mmである。反跳
陽子のエネルギーと飛程は比例することを考慮すると、
通過するプラスチックシンチレータ1の数nJ’i’、 n  = a cos” #/a      =−=(
2)となる。dはプラスチックシンチレータ1の厚みで
ある。従って、14MeVの反跳陽子が通過するプラス
チックシンチレータ1の数は6となる。
B a 1IllE cos” #
-"=' (1) The maximum energy of a recoil proton is equal to the neutron energy E, and the range of a 14 MeV recoil proton in the plastic scintillator 1 is 3 mm. The energy and range of a recoil proton are proportional Considering that,
Number of passing plastic scintillators 1 nJ'i', n = a cos''#/a =-=(
2). d is the thickness of the plastic scintillator 1. Therefore, the number of plastic scintillators 1 through which 14 MeV recoil protons pass is six.

n  =5となる散乱角は、(2)式から20°となり
The scattering angle for n = 5 is 20° from equation (2).

? その時のエネルギーERは、0.9 E 、である。従
って反跳陽子のエネルギー分布が、矩形分布であること
を考慮すると、6個のプラスチックシンチレータ1で同
時に信号が検出される確率は、10係であり、これから
中性子束が逆算できる。n。
? The energy ER at that time is 0.9 E. Therefore, considering that the energy distribution of recoil protons is a rectangular distribution, the probability that signals are detected simultaneously by six plastic scintillators 1 is a factor of 10, and the neutron flux can be calculated backwards from this. n.

=6の時、14MeVの中性子を検出したとするとこの
場合のエネルギー分解能は、0.1E、Zl、4MeV
である。核融合炉の場合、14 M e V以外に2.
5 M e Vの中性子や、数MeVのr線が存在する
が、上記エネルギー分解能から十分区別できる。従って
、6個のプラスチックシンチレータ1から同時に出力が
ある場合の件数を測定することから14MeVの中性子
束を求めることができる。
If a neutron of 14 MeV is detected when = 6, the energy resolution in this case is 0.1E, Zl, 4MeV
It is. In the case of a nuclear fusion reactor, in addition to 14 M e V, 2.
Although there are neutrons of 5 M e V and r-rays of several MeV, they can be sufficiently distinguished from each other based on the above energy resolution. Therefore, by measuring the number of simultaneous outputs from the six plastic scintillators 1, the neutron flux of 14 MeV can be determined.

14 M e Vの反跳陽子が1個のプラスチックシン
チレータ1内で失うエネルギーは約Z 3 M e V
である。I K e Vのエネルギー損失で1個の光子
が放出されるため、反跳陽子の通過によか、1つの検出
素子内で2300個の光子が発生する。プラスチックシ
ンチレータ1の両側の反射膜2の反射率を95俤とする
と約20チの光子、即ち460個の光子がマイクロチャ
ンネルプレー) CMCP)3に入射する。MCPFi
、光電子増倍管と同じ役割をする細いガラス管を束ねて
板状にしだもので、入射端と出射端とは一対一に対応し
ている。MCPに入射した光子は、入射端で光電子に変
換後。
The energy lost by a recoil proton of 14 M e V in one plastic scintillator 1 is approximately Z 3 M e V
It is. Since one photon is emitted with the energy loss of I K e V, 2300 photons are generated in one detection element due to the passage of recoil protons. If the reflectance of the reflective films 2 on both sides of the plastic scintillator 1 is 95, approximately 20 photons, ie, 460 photons, are incident on the microchannel plate (CMCP) 3. MCPFi
, a plate-like structure made by bundling thin glass tubes that perform the same role as a photomultiplier tube, and the input end and output end correspond one-to-one. Photons incident on the MCP are converted into photoelectrons at the input end.

10’倍程度に増幅される。光電子への変換効率は、1
04程度であるため、出射端での電子数は、4、6 X
 10 ’個程度になり、十分検出可能である。
It is amplified about 10' times. The conversion efficiency to photoelectrons is 1
04, the number of electrons at the output end is 4.6
The number is approximately 10', which is sufficiently detectable.

絶縁基盤上に設けたアノードは、MOPをはさんでプラ
スチックシンチレータ1と相対しており、その形状は、
プラスチックシンチレータエのMCP側の形状と同じで
ある。これにより、プラスチックシンチレータ1内で生
じた螢光は、それに対応したアノードで検出され、次の
信号処理回路に送られる。
The anode provided on the insulating substrate faces the plastic scintillator 1 with the MOP in between, and its shape is as follows:
It is the same shape as the MCP side of the plastic scintillator. As a result, the fluorescent light generated within the plastic scintillator 1 is detected by the corresponding anode and sent to the next signal processing circuit.

アノード4で集められた電荷は、アンプ6でパルス電圧
に変換後、設定電圧以上のパルスを比較器7で弁別する
。設定電圧は、r線によるパルス電圧を除くように、反
跳陽子によるパルス電圧の115程度に設定される。ラ
ッチ回路8は、測定開始時、又はラッチ回路8の内容の
読み出し終了時に制御器9からの信号でOにセットされ
る。反跳陽子による信号が検出され、ラッチ回路8の1
つが1になるとOR回路13の出力が1になる。
The charge collected by the anode 4 is converted into a pulse voltage by an amplifier 6, and then a comparator 7 discriminates pulses having a set voltage or higher. The set voltage is set to about 115 times the pulse voltage caused by recoil protons so as to exclude the pulse voltage caused by r-rays. The latch circuit 8 is set to O by a signal from the controller 9 at the start of measurement or at the end of reading out the contents of the latch circuit 8. A signal due to recoil protons is detected, and 1 of the latch circuit 8
When becomes 1, the output of the OR circuit 13 becomes 1.

この信号を受は制御器9は、100ns後に信号を受は
付けないようにランチ回路8をブロックする。それと同
時にマルチプレクサ10に信号を送シ、ランチ回路8に
記録されている、情報を順に読み出す。読み出し終了と
同時に、制御器9は、うツチ回路8をOにセットし、次
の測定を開始する。
Upon receiving this signal, the controller 9 blocks the launch circuit 8 from receiving the signal after 100 ns. At the same time, a signal is sent to the multiplexer 10 and the information recorded in the launch circuit 8 is sequentially read out. Simultaneously with the completion of reading, the controller 9 sets the trigger circuit 8 to O and starts the next measurement.

リトリガラブル1ショット11のパルス幅fをマルチプ
レクサ10のパルス幅に比べて、少し長くしておくこと
により、第2図に示すように、連続してIKなっている
ランチ回路8の個数に比例したパルス幅をもつ走出力が
得られる。その出力のうち、トリガラブル1シヨツト1
1のパルス幅tの6倍のパルス幅を持つものが、14M
eVの中性子による出力に相当する。パルス幅測定回路
12は、トリガラブル1シヨツト11からの出力パルス
の幅を測定し、パルス幅τの6倍のパルスが検出された
時に、出力を出す。このパルスは、14MeVの中性子
に対応するので、パルス数を計数することKより中性子
束が求められる。
By making the pulse width f of the retriggerable one shot 11 a little longer than the pulse width of the multiplexer 10, as shown in FIG. A running force with a range of width can be obtained. Among its outputs, 1 triggerable shot 1
The one with a pulse width 6 times the pulse width t of 1 is 14M
This corresponds to the output of eV neutrons. The pulse width measurement circuit 12 measures the width of the output pulse from the triggerable 1 shot 11, and outputs an output when a pulse six times the pulse width τ is detected. Since this pulse corresponds to 14 MeV neutrons, the neutron flux can be determined from K by counting the number of pulses.

第3図は、パルス幅測定回路12の一実施例を示すブロ
ック図である。図中、14は立上り時1シヨツト、15
は立下り時1シヨツト、16はクロック回路、17はカ
ウンタ、18は遅延回路、19は立上り時1シヨツトで
ある。第2図に示すパルス列が入力されると、立上り時
1シヨント14から入力パルスの立上り時にカウンタの
計測開始パルスが出力される。カラ/り17は、それに
より、クロック回路16からのクロックパルスの計数を
始め、入力パルスの立下り時に対応して出力される立下
り時1シヨツト15からのパルスによシ計数を終了する
。クロック回路16のパルス幅をf/10にすると、1
4 M e Vの中性子に対応するパルスの計数値は、
51〜60になる。
FIG. 3 is a block diagram showing one embodiment of the pulse width measurement circuit 12. In the figure, 14 is one shot at rise, 15
16 is a clock circuit, 17 is a counter, 18 is a delay circuit, and 19 is one shot at a rising edge. When the pulse train shown in FIG. 2 is input, a measurement start pulse for the counter is output from the rising edge 14 at the rising edge of the input pulse. The color/receiver 17 thereby starts counting the clock pulses from the clock circuit 16 and ends the counting by the pulse from the falling shot 15 which is output in response to the falling edge of the input pulse. When the pulse width of the clock circuit 16 is set to f/10, 1
The pulse count corresponding to neutrons of 4 M e V is
It will be 51-60.

従って、カウンタの内容が55になった時、立上り時1
シヨツト19からパルスを出力することにより、14M
eVの中性子を検出することができる。立下シ時1ショ
ット15のパルスを遅延回路18でIons程度遅らせ
、そのパルスでカウンタ17をリセットし、次の計数開
始信号まで待機する。
Therefore, when the content of the counter reaches 55, 1 at the rising edge.
By outputting pulses from shot 19, 14M
It is possible to detect eV neutrons. At the time of falling, the pulse of one shot 15 is delayed by about 1 ions by the delay circuit 18, the counter 17 is reset by the pulse, and waits until the next counting start signal.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したごとく本発明によれば、中性子エネルギー
を反跳陽子の通過するプラスチックシンチレータの層数
で測定することにより、核融合炉で発生する中性子のう
ち、14 M e Vの中性子束のみを実時間で測定す
ることが可能である。従って、このような高速中性子検
出器を用2いることにより、核融合炉の出力制御が可能
となり、運転の信頼性向上に対する効果は大きい。
As explained above, according to the present invention, by measuring the neutron energy by the number of layers of the plastic scintillator through which the recoil protons pass, only the neutron flux of 14 M e V of the neutrons generated in the fusion reactor can be realized. It can be measured in hours. Therefore, by using such a fast neutron detector, it is possible to control the output of a fusion reactor, which has a large effect on improving operational reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の一実施例を示す全体構成図、第2図
は、パルス幅が反跳陽子エネルギーに比例するリトリガ
ラプルlショットからの出力信号形成図、第3図は、パ
ルス幅測定回路の一実施例を示すブロック線図である。 2・・・反射膜、4・・・アノード、5・・・絶縁基盤
、6・・・アンプ、7・・・比較器、8・・・ラッチ回
路、9・・・制御器、10・・・マルチプレクサ、12
・・・ノくルス幅測定回路、13・・・OR回路。
Fig. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram of output signal formation from a retrigger pull-l shot whose pulse width is proportional to recoil proton energy, and Fig. 3 is a pulse width measurement diagram. FIG. 2 is a block diagram showing an example of a circuit. 2... Reflective film, 4... Anode, 5... Insulating base, 6... Amplifier, 7... Comparator, 8... Latch circuit, 9... Controller, 10...・Multiplexer, 12
... Norculus width measurement circuit, 13... OR circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、プラスチックシンチレータと光の反射膜とを交互に
積層した中性子の検出部、積層方向と平行な1側面に設
置したマイクロチャンネルプレートとプラスチックシン
チレータのマイクロチャンネルプレート側と同形のアノ
ードを各プラスチックシンチレータと相対してマイクロ
チャンネルプレートの出力側に設置した受光部及び各ア
ノードの出力を増幅、検知し、連続した、ある設定数以
上のアノードから同時に出力があった場合に中性子の検
出パルスを発生する電子回路から成ることを特徴とする
高速中性子検出器。
1. A neutron detection section consisting of alternating layers of plastic scintillators and light reflection films, a microchannel plate installed on one side parallel to the stacking direction, and an anode of the same shape as the microchannel plate side of the plastic scintillator with each plastic scintillator. An electron detector that amplifies and detects the output of the light receiving unit and each anode installed on the output side of the microchannel plate, and generates a neutron detection pulse when there is simultaneous output from a certain number of continuous anodes. A fast neutron detector characterized by consisting of a circuit.
JP22211184A 1984-10-24 1984-10-24 High speed neutron detector Pending JPS61100683A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6904304B2 (en) * 2000-12-29 2005-06-07 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc CT detector reflector useful in detector scintillator array

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6904304B2 (en) * 2000-12-29 2005-06-07 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc CT detector reflector useful in detector scintillator array

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